Дейвид Маккей: Равносметка за възобновяемите енергийни източници

Каква площ е необходима на тези източници, за да захранват нация като английската? Колкото цяла държава. В тази прагматична лекция Дейвид Маккей използва проста математика, която показва тревожната ограниченост на устойчивите ни енергийни алтернативи и обяснява защо въпреки това трябва да ги внедряваме. (Филмирано в TEDxWarwick.)

Когато започна Индустриалната революция,

количеството въглерод намиращо се в

Британия под формата на въглища бе колкото количеството

въглерод в Саудитска Арабия под формата на нефт

и този въглерод задвижи Индустриалната Революция.

Той сложи "Велика" във Великобритания

и доведе до временното световно господство на Британия.

По това време, през 1918, производството на въглища в Британия процъфтяваше,

но оттогава запада.

Впоследствие, Британия започна да използва нефт и газ

от Северно море, и през 2000г,

производството на нефт и газ от Северно море

също процъфтяваше, а сега и то спада.

Тези наблюдения за ограничеността на

лесно достъпни, местни, надеждни изкопаеми горива,

те са стимул да кажем: "Е, сега какво?

Какъв ще е животът след изкопаемите горива?

Не трябва ли да мислим усилено

как да ги заменим?"

Друг стимул, разбира се, са климатичните промени.

Когато хората говорят за живота след фосилните горива,

и действия за климатичните промени, мисля, че има доста

прах, доста глупости, доста подвеждащи реклами

и се чувствам задължен като физик да опитам да

насоча хората покрай празните приказки и да им помогна

да разберат действията, които наистина оказват влияние

и да се съсредоточат на идеи, които имат смисъл.

Нека илюстрирам това с както го наричаме физиците

грубо пресмятане.

Харесваме грубите пресмятания.

Задавате въпрос, надрасквате няколко числа,

и имате отговор.

Може да не е много точен, но може да ви накара да кажете

"Хмм".

Ето въпрос: Представете си, ако

кажем:"О, да, можем да се откажем от изкопаемите горива.

Ще използваме биогорива. Проблемът решен.

Транспорт, не ни трябва повече нефт."

Е, ами ако отглеждахме биогоривата за пътуване

на ръба на тревните площи до пътя?

Колко трябва да е разстоянието от ръба, за да сработи това?

Добре, нека пресметнем условно.

Нека колите ни се движат с 60 мили/ч.

Да кажем, че харчат по галон (3.8 литра) на 30 мили

Това е средно в Европа за новите коли.

Да кажем, че продуктивността на биогоривните плантации

е 1200 литра биогорива на хектар за година.

Това е актуално за Европейските биогорива.

И да предположим, че колите са на разстояние 80 метра

една от друга, и се движат постоянно

по този път.

Дължината на пътя не е важна, защото колкото по-дълъг е

пътят, толкова повече биогоривни плантации имаме.

Какво правим с тези параметри?

Като вземете първото число и го разделите на

другите три получавате 8 километра.

И това е отговорът.

Толкова широко ще трябва да е насаждението

според дадените предположения.

И това може би ви кара да кажете "Хмм.

Може би това няма да бъде толкова лесно."

Може да ви кара и да мислите, че вероятно има проблем

с местностите, и в този разговор,

искам да спомена земните площи, и да попитам

дали има проблем с тях? Отговорът ще е

да, но зависи в коя страна сте.

Нека започнем с Обединеното кралство,

тъй като сме тук днес.

Енергийното изразходване на Обединеното кралство,

общата консумация, не само за транспорт, а цялата,

искам да го обърна количествено в електрически крушки.

Сякаш всички имаме 125 крушки постоянно включени,

125 киловат-часа дневно на човек

е енергията използвана в Обединеното кралство.

Значи има 40 електрически крушки за транспорт,

40 крушки за отопление,

40 за правене на електричество

a другите неща са относително малки

в сравнение с тези три големи риби.

Всъщност, разликата е още по-голяма, ако вземем предвид

включената енергия и в нещата, които внасяме

в страната си, а 90% от тази енергия днес

все още идва от изкопаемите горива и само 10%

от други, по екологични --вероятно по-екологични -- източници

като ядрена енерия и възобновяеми.

Е,

това е Обединеното кралство и гъстотата на населението му

е 250 човека на квадратен километър,

а сега ще ви покажа други страни

със същите две особености.

На вертикалната ос, ще изобразя

колко ел. крушки -- какво е енергийнoто ни потребление

на човек, и сме на 125 ел. крушки на човек,

а малката синя точка ви показва площа

на Обединеното кралство.

Гъстотата на населението е на хоризонталната ос

и сме по 250 човека на квадратен километър.

Нека добавим европейски страни в синьо.

Можете да видите, че има доста.

Трябва да отбележа, че и двете оси

са логаритмични. Като се местим от една сива линия

към следващата, покачваме фактора с 10.

След това добавяме Азия в червено,

Средния изток и Северна Африка в зелено,

Африка от Сахара на юг в синьо,

черна е Южна Америка,

лилава е Централна Америка

и в гадно жълто имаме Северна Америка,

Австралия и Нова Зеландия.

Виждате голямото разнообразие на гъстота

и на потребление на глава от населението

Държавите се различават.

Горе вляво са Канада и Австралия, с огромни

територии, високо потребление на човек,

200 или 300 ел.крушки за всеки,

и ниска гъстота на населението

Горе вдясно, Бахрейн има същото енергийно потребление

на човек, относително като Канада,

над 300 крушки за един,

но гъстотата е величина с 300 пъти по-голяма-

1000 човека на кв км

Долу вдясно, Бангладеш има същата гъстота

като Бахрейн, но използва 100 пъти по-малко на човек.

Долу вляво, е, там няма никой.

Но имаше много хора.

Ето още едно послание от диаграмата.

Добавих малки сини черти зад Судан, Либия,

Китай, Индия и Бангладеш.

Това са 15 години развитие.

Къде са били преди 15 години и къде са сега?

Посланието е: повечето страни се движат надясно

и нагоре,

нагоре и надясно -- по-голяма гъстота на населението

и повече потребление на човек.

Така че, ние може да сме

малко необичайни, Обединеното кралство заедно с

Германия, Япония, Северна Корея, Холандия

и редица други леко странни държави,

но много други страни се преместват

надясно, за да се присъединят към нас,

така че сме картина, ако предпочитате, на това как бъдещото енергийно

потребление може да изглежда и в други държави.

Добавих в диаграмата и няколко розови линии,

които отиват надолу и надясно.

Това са линии на на еднаква енергийна консумация

за области, които измервам във ват на кв метър

Например, средната линия там,

0.1 вата за квадратен метър, е енергийното потребление

на област в Саудитска Арабия, Норвегия, Мексико в лилаво,

и Бангладеш преди 15 години,

а половината население на Земята живее в страни,

които са вече над тази линия.

Обединеното кралство използва 1.25

вата на квадратен метър.

Германия също, а Япония потреблява малко повече.

Та, нека сега

да кажем защо това е важно. Защо е така?

Е, можем да измерим в същите единици възобновяемите източници

и други форми на енергийно производство

като възобновяемите са една от водещите идеи за

това как можем да се откажем от нашия навик за 90% изкопаеми горива.

Ето ги възобновяемите.

Енергийните посеви произвеждат половин ват на квадратен метър

в европейски климат.

Какво показва това? Може да сте предположили

резултата след като ви казах за насажденията с биогорива

преди миг.

Е, ние изразходваме по 1.25 вата на кв. метър.

Това означава, че дори да покриете

цялото Обединено кралство с енергийни посеви,

не можете да смогнете на текущото потребление.

Вятърната енергия произвежда малко повече,

2.5 вата на квадратен метър, но това е само двойно повече

от 1.25 вата на квадратен метър,

това означава, че ако буквално искате да произвеждате цялата

енергийна консумация във всичките й форми от

вятърни ферми, ви трябват вятърни ферми на половината територия на Англия.

Имам данни, подкрепящи всички тези твърдения,между другото.

След това нека погледнем слънчевите панели.

Слънчевите панели, когато ги сложите на покрив,

докарват около 20 вата на квадратен метър в Англия.

Ако искате да получите много от соларните панели,

трябва да обособите традиционния баварски методи за обработване,

където скачате от покрива и покривате и околността

с такива панели.

Соларните паркове, поради разстоянието между панелите,

произвеждат по-малко. Правят около 5 вата

на квадратен метър земна площ.

Ето един соларен парк във Върмонт с точни данни,

произвеждащ 4.2 вата на квадратен метър.

Помнете докъде сме, 1.25 вата на квадратен метър,

вятърни централи 2.5, соларни паркове около 5.

Така че, който и от тези възобновяеми източници да изберете,

посланието е, че каквато и тяхна комбинация

да използвате, ако искате да захраните Обединеното кралство с тях,

ще трябва да покриете нещо от рода на

20% или 25% от страната

с такива.

И не казвам, че това е лоша идея.

Просто трябва да разберем мащабите.

Определено не съм против възобновяемите. Обичам ги.

Но съм и спец аритметик. (Смях)

Съсредоточаването на соларната енергия в пустините носи

повече енергия на зона, защото нямаме

проблем с облаците.

Това съоръжение докарва 14 вата на кв. м.,

това 10 вата на кв.м,

а това в Испания 5 вата на кв.м.

За да съм справедлив относно съсредоточената слънчева енергия

мисля, че е напълно способна да произведе 20 вата

на кв. метър Това е хубаво.

Разбира се, Британия няма пустини.

Все още. (Смях)

Ето равносметката дотук.

Всички възобновяеми източници, колкото и да ги обичам, са разпръснати.

Всички добиват малко енергия на единица,

и трябва да го осъзнаем.

Това означава, че ако искате възобновяемите източници

да направят съществена промяна за държава като

Обединеното кралство по нивото на настоящото потребление,

трябва да си представите съоръжения за възобновяеми източници,

които са с размерите на страна, не на цялата,

но на част от нея, значителна част.

Има и други възможности за произвеждане на енергия,

които не включват изкопаеми горива.

Има я ядрената енергия. На тази карта от Ordnance

Survey, можете да видите Сайзуел Б

в син кв. км.

Това е гигават в квадратен километър,

който се равнява на 1000 вата за кв. метър.

По тази конкретна схема, ядрената енергия

не обезпокоява колкото възобновяемите.

Разбира се, други параметри също са важни, а ядрената енергия

не е харесвана поради много причини.

Но това важи и за възобновяемите.

Ето снимка от консултационно упражнение в разгара си

в малкия град Пеникуик, точно до Единбург,

и можете да видите децата на Пеникуик да празнуват

изгарянето на макета на мелницата.

Хората са против всичко и трябва да държим

всички възможности в готовност.

Какво може страна като Англия да направи за предлагането?

Ами, вариантите са, бих казал, тези три:

да се работи с възобновяемите източници и да се осъзнае, че трябва да са

почти с размери на държава; източници на други страни,

за да можем да говорим много учтиво с хората

в горния ляв ъгъл на диаграмата и да кажем:

"Ами, ние не искаме възобновяеми източници в задния си двор,

но, ъм, може ли вместо това да ги сложим във вашия?"

И това е действителен вариант.

Начин светът да се справи с този казус.

Така страни като Австралия, Русия, Либия, Казахстан,

може да са ни най-добри приятели за възобновяемото производство.

И третият вариант е ядрената енергия.

Това са няколко опции за производството.

В допълнение към производствените варианти, които може да приложим,

и помнете, трябват ни големи количества,

защото понастоящем,

получаваме 90% от енергията си от изкопаеми горива.

В допълнение към тези варианти може да говорим за други начини

за решаване на проблема, а именно, да понижим търсенето,

т.е. да намалим населението

-- не съм сигурен как да го постигнем--

или да намалим потреблението на човек.

Нека поговорим за други три големи стъпки,

които биха могли наистина да помогнат по въпроса с потреблението.

Първо, транспортът. Ето физичните закони, които ви казват

как да намалите изразходването на енергия от транспорт,

а хората често казват: "О, да, технологиите могат да решат всичко.

Може да направим превозни средства, които са стотици пъти по-

ефективни." И това е почти вярно. Нека ви покажа.

Разходът на енергия от този резервоар

е 80 киловат часа на 100 километра.

Това е за стандартна европейска кола.

80 киловат часа. Можем ли да направим нещо 100 пъти

по-добро като приложим тези физични закони, които изредих?

Да. Ето как. Отговорът е колелото.
80% по-икономично е,

задвижва се от биогориво, от Weetabix (корнфлейкс).

(Смях)

Ето и други възможности, защото

дамата в колата би казала: "Не, не, не,

това променя начина на живот. Не ми го променяйте, моля."

Е, добре, може да я убедим да се качи във влак,

и той също е значително по-ефикасен от кола,

но това може да е промяна в начина на живот,

или в еко-колата, горе вляво.

Тя спокойно побира 1 тинейджър

и е по-ниска от трафик конус,

ефикасна е почти колкото колело,

стига да я карате с 15 мили в час.

Помежду другото, може би по-реалистични решения

за този проблем- транспортния, са електрическите автомобили,

така че електрическите колела и коли са в средата-

вероятно 4 пъти по-енегроспестовни

от обикновените бензинови резервоари.

Следва проблемът с отоплението.

То е трето по консумация на енергия в Британия,

и доста от нея отива в домове

и други сгради за отопление на пространства и на вода.

Ето една типична гадна британска къща.

Тази е моя, с ферарито отпред.

Какво можем да й направим?

Ами, физичните закони са написани там горе,

и описват какво--как енергийния разход

за отопление зависи от нещата, които можете да управлявате.

Те са температурните разлики

между навън и вътре, и има една

забележителна технология наречена термостат.

Взимате го, завъртате го наляво

и енергийният разход в дома ще намалее.

Опитах го. Работи. Някои хора го наричат промяна в начина на живот.

Можете да извикате майстори да намалят пролуките

на сградата ви -- запълване на стените, покрива,

нова външна врата и т.н.,

тъжната истина е, че това ви пести пари.

Не е тъжна, това е добре, но тъжната истина е, че така

обхващате само около 25% от пролуките в сградата си,

ако направите тези неща, които са добри идеи.

Ако искате наистина да се доближите до шведските

стандарти за сгради със смотана къща като тази,

трябва да сложите външна изолация на сградата

както е показано на този блок в Лондон.

Можете и да се отоплявате по-ефикасно, използвайки отоплителни помпи,

които харчат по-малко висококачествена енергия като електричество,

за да местят топлина от вашата градина в къщата.

Трети вариант за намаляване на търсенето, за който искам да говоря,

третият начин да намалим потреблението на енергия, е

да следим датчиците.

Хората говорят много за умни датчици,

но можете да го правите сами.

Използвайте собствените си очи и бъдете разумни, следете датчиците

и ако сте поне малко като мен, това ще промени живота ви.

Ето графика, която направих.

Пишех книга за устойчива енергия

и един приятел ме попита: "Колко енергия използваш

вкъщи?" И се засрамих. Не знаех.

Започнах да следя датчика всяка седмица

и старите данни са показани

в горната половина на графиката, после 2007ма

е показана в зелено най-отдолу, и това бе когато

следях датчика всяка седмица и животът ми се промени,

защото започнах да експериментирам и отбелязвам

кое предизвикваше разлика, а разходът на газ

рязко спадна, защото започнах да си играя

с термостата и времето на отоплителната система,

и съкратих на повече от половина сметките си за газ.

Подобен е случаят с потреблението ми на електроенергия,

където изключвайки DVDтата, стереоуредбите,

компютърните периферни устройства, които бяха пуснати непрекъснато,

и ги включвах само когато ми потрябваха,

орязах още една трета от сметката си за електричество.

Трябва ни план, които да сработи, и ви описах

6 големи стъпки. Трябват ни значими промени, защото получаваме

90% от енергията си от изкопаеми горива.

Трябва да наблегнем сериозно на някои, ако не на всички тези варианти.

А повечето от тях не са известни

и ако не искате да използвате някой от тях,

в, моля помнете, това означава, че трябва

да положите по-големи усилия за другите решения.

Силен привърженик съм на сериозните разговори,

позовани на цифри и факти, и искам да приключа

с тази карта, която ви изобразява

изискванията за земя и т.н., за да получаваме

само 16 ел. крушки на човек

от 4 от големите алтернативни източника.

Е, ако искате 16 крушки, помнете,

днешният ни общ енергиен разход е равен на 125 крушки.

Ако искате 16 от вятъра, тази карта показва решение

за Англия. Тук има 160 вятърни ферми,

всяка с по 100 кв. километра размер.

Това е 20-кратно увеличение

на днешното количество вятър.

С ядрена енергетика, за да получите 16 крушки на човек, ще ви трябват

2 гигавата на всяка от лилавите точки на картата.

Това е четирикратно увеличение

на настоящата ядрена енергия.

Биомасата- за 16 крушки на човек ще ви трябва

земя с нещо като три пъти и половина размерите на Уелс

в нашата или в нечия друга страна:

може в Ирландия, може и някъде другаде.
(Смях)

И 4-тата алтернатива: слънчевата енергия

в чужди пустини.

Ако искате да получите 16 крушки,

тогава говорим за тези 8 шестоъгълника

долу вдясно.

Общата им площ

е двойна на Лондон в нечия чужда Сахара,

а ще трябват и електропроводи през Испания

и Франция, за да пренесат енергията
от Сахара до Съри.

Трябва ни осъществим план.

Трябва да спрем да викаме и да почнем да разговаряме.

Ако можем да проведем сериозна дискусия,

да направим план, който да сработи и да почнем да строим,

може би тази нисковъглеродна революция

ще бъде и забавна. Благодаря, че ме изслушахте.

(Аплодисменти)